• Không có kết quả nào được tìm thấy

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA XƠ DỪA ĐỐI VỚI ION Cu

Protected

Academic year: 2022

Chia sẻ "NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA XƠ DỪA ĐỐI VỚI ION Cu"

Copied!
62
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Văn bản

(1)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ---

ISO 9001 : 2008

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Sinh viên : Trần Thị Hường

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Phạm Thị Minh Thúy

HẢI PHÕNG - 2012

(2)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ---

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA XƠ DỪA ĐỐI VỚI ION Cu

2+

TRONG NƯỚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Sinh viên : Trần Thị Hường

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Phạm Thị Minh Thúy

HẢI PHÕNG - 2012

(3)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ---

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Sinh viên : Trần Thị Hường Mã SV: 120290

Lớp :MT1201 Ngành: Kỹ thuật môi trường

Tên đề tài : Nghiên cứu khả năng hấp phụ của xơ dừa đối với ion Cu2+

trong nước

(4)

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).

- Nắm vững quy trình phân tích ion kim loại đồng cũng như cách thức chế tạo vật liệu hấp phụ

- Tổng hợp các tài liệu tham khảo có liên quan đến nội dung khóa luận.

- Kỹ năng làm thực nghiệm.

- Kỹ năng xử lý và phân tích số liệu.

- Khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng hấp phụ ion kim loại của vật liệu hấp phụ.

2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán.

- Các số liệu thu được từ thực nghiệm.

………..

………..

………..

………..

………..

………..

………..

………..

3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp.

- Phòng thí nghiệm F203, Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng

………..

………..

(5)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất:

Họ và tên : ThS.Phạm Thị Minh Thúy Học hàm, học vị: Thạc Sĩ

Cơ quan công tác: Bộ môn Môi trường – Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Nội dung hướng dẫn:

- Hướng dẫn sinh viên tìm tài liệu tham khảo.

- Giám sát việc làm thí nghiệm.

- Chữa khóa luận cho sinh viên.

Người hướng dẫn thứ hai:

Họ và tên: ...

Học hàm, học vị: ...

Nội dung hướng dẫn: ...

...

Đề tài tốt nghiệp được giao ngày 02 tháng 04 năm 2012

Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 07 tháng 07 năm 2012

Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN

Sinh viên Người hướng dẫn

Trần Thị Hường ThS.Phạm Thị Minh Thúy Hải Phòng, ngày ... tháng...năm 2012

Hiệu trưởng

GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị

(6)

PHẦN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp:

- Trong quá trình thực hiện đề tài khóa luận sinh viên Trần Thị Hường luôn tích cực, chịu khó, biết sắp xếp thời gian hợp lý cho từng công việc cụ thể của đề tài.

- Chịu khó học hỏi, nghiên cứu tài liệu, có tinh thần tương trợ, giúp đỡ bạn bè, hòa đồng với tập thể.

2. Đánh giá chất lượng của khóa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu…):

- Đạt yêu cầu của một khóa luận tốt nghiệp

3. Cho điểm của cán bộ hướng dẫn (ghi bằng cả số và chữ):

………..

………..

………..

Hải Phòng, ngày 06 tháng 07 năm 2012 Cán bộ hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

ThS. Phạm Thị Minh Thúy

(7)

LỜI CẢM ƠN

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến cô giáo Th.S Phạm Thị Minh Thúy, giảng viên bộ môn Môi trường – Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng đã tận tình hưỡng dẫn và dìu dắt, giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành bản khóa luận này.

Nhân dịp này em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô trong bộ môn đã truyền đạt và trang bị cho em những kiến thức khoa học trong suốt những năm học dưới mái trường Đại học dân lập Hải Phòng và các thầy cô giáo trong phòng thí nghiệm hóa học đã giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành bản khóa luận.

Em cũng xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và làm khóa luận.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hải Phòng, ngày 06 tháng 07 năm 2012 Sinh viên

Trần Thị Hường

(8)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp Bảng 1.2. Hệ số Kq của nguồn tiếp nhận nước thải là sông, suối, kênh, mương, khe, rạch

Bảng 1.3. Hệ số Kq của hồ, ao, đầm Bảng 1.4. Hệ số lưu lượng nguồn thải Kf

Bảng 1.5. Thành phần hóa học và tính chất của một số loại than hoạt tính Bảng 1.6. Một số chất hấp phụ polimer

Bảng 2.1. Kết quả xác định đường chuẩn đồng

Bảng 3.1. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ đồng Bảng 3.2. Ảnh hưởng của kích thước vật liệu đến quá trình hấp phụ đồng Bảng 3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ đồng

Bảng 3.4. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ đồng

Bảng 3.5. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng của đồng

Bảng 3.6. Kết quả hấp phụ Cu2+ bằng vật liệu hấp phụ Bảng 3.7. Kết quả giải hấp vật liệu hấp phụ bằng HNO3 1M Bảng 3.8. Kết quả tái sinh vật liệu hấp phụ

(9)

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Hình 1.2. Sự phụ thuộc của Cf /qvào Cf

Hình 1.3. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Hình 1.4. Sự phụ thuộc lgq vào lgCf

Hình 2.1. Phương trình đường chuẩn đồng

Hình 3.1. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ đồng Hình 3.2. Ảnh hưởng của kích thước vật liệu đến quá trình hấp phụ đồng Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ đồng

Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ đồng

Hình 3.5. Sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ q vào nồng độ cân bằng Cf của Cu2+ trong dung dịch

Hình 3.6. Sự phụ thuộc của Cf /qvào nồng độ cân bằng Cf

(10)

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ... 13

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ... 14

I.1. Vai trò của nước và sự ô nhiễm nguồn nước bởi các kim loại nặng ... 14

I.1.1. Vai trò của nước ... 14

I.1.2. Thực trạng ô nhiễm nước do các kim loại nặng ... 14

I.1.3. Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng ... 15

I.1.3.1. Hoạt động khai thác mỏ ... 15

I.1.3.2. Công nghiệp mạ ... 16

I.1.3.3. Công nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơ ... 16

I.1.3.4. Quá trình sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm ... 17

I.1.3.5. Công nghiệp luyện kim ... 17

I.1.4. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40: 2011/BTNMT) ... 17

I.1.4.1. Phạm vi điều chỉnh ... 17

I.1.4.2. Đối tượng áp dụng ... 18

I.1.4.3. Giải thích thuật ngữ ... 18

I.1.4.4. Quy định kỹ thuật ... 18

I.2. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường và sức khỏe con người… ... 22

I.2.1. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người và môi trường ... 23

I.2.2. Ảnh hưởng của một số kim loại nặng đến môi trường và và sức khỏe con người ... 24

I.2.2.1. Ảnh hưởng của chì ... 24

I.2.2.2. Ảnh hưởng của Cadimium ... 26

I.2.2.3. Ảnh hưởng của kẽm ... 26

I.2.2.4. Ảnh hưởng của Đồng ... 27

I.3. Một số phương pháp xác định kim loại nặng trong nước ... 29

I.3.1. Phương pháp phân tích trắc quang ... 29

(11)

I.3.2. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ... 30

I.3.3. Phương pháp phân tích cực phổ ... 30

I.4. Các phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng31 I.4.1. Phương pháp kết tủa ... 31

I.4.2. Phương pháp trao đổi ion ... 31

I.4.3. Phương pháp điện hóa ... 32

I.4.4. Phương pháp oxy hóa khử ... 32

I.4.5. Phương pháp sinh học ... 32

I.4.6. Phương pháp hấp phụ ... 32

I.4.6.1. Khái niệm ... 32

I.4.6.2. Động học của quá trình hấp phụ. ... 34

I.4.6.3. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ ... 34

I.5. Giới thiệu về xơ dừa và một số loại vật liệu hấp phụ thường được sử dụng ... 39

I.5.1. Một số vật liệu hấp phụ thường được sử dụng ... 39

I.5.1.1. Nhóm khoáng tự nhiên ... 40

I.5.1.2. Nhóm nguyên liệu tự nhiên và phế thải nông nghiệp ... 40

I.5.1.3. Một số loại vật liệu hấp phụ khác ... 41

I.5.2. Giới thiệu về xơ dừa ... 45

CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM ... 47

II.1. Dụng cụ và hóa chất. ... 47

II.1.1. Dụng cụ. ... 47

II.1.2. Hóa chất ... 47

II.2. Phương pháp xác định đồng ... 47

II.2.1. Nguyên tắc ... 47

II.2.2. Hóa chất ... 47

II.2.3. Trình tự phân tích ... 48

II.2.4. Xây dựng đường chuẩn của đồng ... 48

II.3. Điều chế vật liệu hấp phụ từ xơ dừa ... 49

II.4. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ ..49

(12)

II.5. Khảo sát kích thước vật liệu hấp phụ ... 50

II.6. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ. ... 50

II.7. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu ... 50

II.8. Sự phụ thuộc tải trọng vào nồng độ cân bằng ... 51

II.9. Khảo sát khả năng giải hấp và tái sinh của vật liệu hấp phụ ... 51

II.9.1. Khảo sát khả năng giải hấp ... 51

II.9.2. Khảo sát khả năng tái sinh ... 51

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ... 52

III.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ ... 52

III.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của kích thước vật liệu đến quá trình hấp phụ ... 53

III.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Đồng. ... 54

III.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ đồng ... 56

III.5. Khảo sát sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng của đồng ... 57

III.6. Kết quả khảo sát khả năng giải hấp, tái sinh vật liệu hấp phụ... 59

KẾT LUẬN ... 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO………62

(13)

MỞ ĐẦU

Môi trường đặc biệt là môi trường nước đã và đang trở thành vấn nạn của nhiều quốc gia trong đó có Việt Nam. Ở nước ta, quá trình phát triển các khu công nghiệp, các khu chế xuất đã góp phần tăng trưởng kinh tế, thúc đẩy đầu tư và sản xuất công nghiệp, góp phần hình thành các khu đô thị mới, giảm khoảng cách về kinh tế giữa các vùng… Tuy nhiên, bên cạnh sự chuyển biến tích cực về kinh tế là những tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái do các khu công nghiệp gây ra. Thực tế hiện nay, rất nhiều nhà máy tại các khu công nghiệp, khu chế xuất vẫn hàng ngày thải trực tiếp nước thải có chứa các ion kim loại nặng với hàm lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép ra môi trường. Hậu quả là môi trường nước kể cả nước mặt lẫn nước ngầm ở nhiều khu vực đang bị ô nhiễm nghiêm trọng đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng.

Có nhiều phương pháp khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng để tách loại các kim loại nặng ra khỏi môi trường nước như: phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion…), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học… Một trong những phương pháp đang được quan tâm hiện nay kể cả ở Việt Nam và các nước trên thế giới là tận dụng các phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp làm vật liệu hấp phụ các ion kim loại. Phương pháp này có nhiều ưu điểm là sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm và không làm nguồn nước bị ô nhiễm thêm. Mặt khác, Việt Nam là một nước có nguồn phế thải nông nghiệp dồi dào phong phú, song việc sử dụng chúng vào việc chế tạo vật liệu hấp phụ nhằm xử lý nước thải chứa kim loại nặng còn ít được quan tâm.

Chính vì vậy tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ của xơ dừa đối với ion Cu2+ trong nước”.

(14)

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN

I.1. Vai trò của nước và sự ô nhiễm nguồn nước bởi các kim loại nặng I.1.1. Vai trò của nước

Nước là tài nguyên quý giá của nhân loại, là nguồn gốc của sự sống, là môi trường trong đó diễn ra các quá trình sống. Nước tham gia vào quá trình hình thành bề mặt Trái Đất, hình thành thời tiết, phân phố độ ẩm theo không gian và thời gian. Mặt khác, nước hấp thụ một lượng lớn CO2 tạo điều kiện ổn định CO2 trong khí quyển. Nước là nơi khởi nguồn sự sống, là môi trường sống của thủy sinh vật. Nước còn là nơi giúp cho các tế bào sinh vật trao đổi chất dinh dưỡng, tham gia vào các quá trình phản ứng sinh hóa và cấu tạo tế bào mới. Chính vì lẽ đó mà ở đâu có nước là ở đó có sự sống.

Tài nguyên nước ở trên thế giới theo tính toán hiện nay là 1,39 tỷ km3, tập trung trong thuỷ quyển 97,2% (1,35 tỷ km3) còn lại trong khí quyển và thạch quyển. Khoảng 97% lượng nước là nước mặn, 2% là nước ngọt tập trung trong băng ở hai cực, 0,6% là nước ngầm còn lại là nước sông và hồ. Lượng nước trong khí quyển khoảng 0,001%, trong sinh quyển 0,002%, trong sông suối 0,00007% tổng lượng nước trên trái đất. Lượng nước ngọt con người sử dụng xuất phát từ nước mưa (lượng mưa trên trái đất khoảng 105.000km3/năm.

Lượng nước con người sử dụng trong một năm khoảng 35.000 km3, trong đó khoảng 8% cho sinh hoạt, 23% cho công nghiệp và 63% cho hoạt động nông nghiệp).

Hiện nay, do sự phát triển không ngừng của các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ dẫn tới nguồn nước đang bị ô nhiễm bởi các nguồn khác nhau và ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường và sức khỏe con người. Đặc biệt phải kể đến là ô nhiễm nguồn nước do các kim loại nặng gây ra.

I.1.2. Thực trạng ô nhiễm nước do các kim loại nặng

Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, nhu cầu cuộc sống của con người ngày càng tăng cao về mọi mặt dẫn tới sản lượng kim loại do con người khai thác hàng năm tăng lên. Đây là nguyên nhân chính làm cho nguồn nước bị

(15)

ô nhiễm bởi các kim loại nặng điển hình như: Cu2+, Fe3+, Pb2+, Ni2+, Hg2+, Cd2+, Mn2+

Lịch sử đã ghi nhận những thảm họa môi trường do sự ô nhiễm bởi các kim loại nặng mà con người phải gánh chịu. Như ở Minatama (một thị trấn nhỏ ở Nhật Bản nằm ven biển Shirami) người dân ở đây mắc một chứng bệnh lạ về thần kinh. Nguyên nhân của bệnh này là do bị nhiễm độc thủy ngân từ thực phẩm biển và do nhà máy hóa chất Chisso thải ra (1953). Hoặc như bệnh ItaiItai của người dân sống ở lưu vực sông Tisu (1912 – 1926) do bị nhiễm độc Cadimium. Ở Bangladesh người dân ở đây bị đe dọa bởi nguồn nước bị nhiễm Asen nặng …

Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng trong việc thực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng tình trạng ô nhiễm nước vẫn là vấn đề đáng lo ngại. Ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử lý. Theo đánh giá của một số các công trình nghiên cứu hầu hết các sông, hồ ở hai thành phố lớn là Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh và một số thành phố có các khu công nghiệp lớn như Bình Dương nồng độ kim loại nặng của các sông ở các khu vực này đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến 4 lần. Có thể kể đến các sông ở Hà Nội như sông Tô lịch, sông Nhuệ (nơi có nhiều nhà máy, khu công nghiệp), ở thành phố Hồ Chí Minh là sông Sài Gòn và kênh Nhiêu Lộc, kênh Sài Gòn ... làm ảnh hưởng đến môi trường sống của các sinh vật thủy sinh và sức khỏe con người. Vì vậy,việc xử lý nước thải ngay tại các nhà máy, các khu công nghiệp là vô cùng cần thiết và đòi hỏi sự giám sát chặt chẽ, thường xuyên của các cơ quan chức năng.

I.1.3. Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng I.1.3.1. Hoạt động khai thác mỏ

Khoa học càng phát triển, nhu cầu của con người và xã hội ngày càng cao dẫn tới sản lượng kim loại do con người khai thác hàng năm càng tăng hay lượng kim loại nặng trong nước thải càng lớn, nảy sinh yêu cầu về xử lý nước thải có chứa kim loại nặng đó.

(16)

Việc khai thác và tuyển dụng quặng vàng phải dùng đến thuốc tuyển có chứa Hg, CN- …Ngoài ra, các nguyên tố kim loại nặng như As, Pb… có thể hòa tan vào nước. Vì vậy, ô nhiễm hóa học do khai thác và tuyển quặng vàng là nguy cơ đáng lo ngại đối với nguồn nước sinh hoạt và nước công nghiệp. Nước ở các mỏ than thường có hàm lượng cao các ion kim loại nặng, á kim … cao hơn TCVN từ 1 đến 3 lần. Các kết quả nghiên cứu của Viện Y học lao động và vệ sinh môi trường năm 2009 cho thấy môi trường các khu vực khai thác, chế biến kim loại màu ở phía Bắc nước ta như mỏ chì - kẽm Lang Hích, mỏ chì - kẽm Bản Thi, mỏ mangan Cao Bằng, mỏ thiếc Sơn Dương... thường có hàm lượng kim loại nặng vượt giới hạn cho phép từ 2 - 10 lần về chì; 1,5 - 5 lần về Asen; 2 - 15 lần về kẽm... Tại mỏ than lộ thiên Khánh Hòa nồng độ bụi than và bụi đá trong môi trường có lúc lên tới 42mg/m3. Hậu quả là có tới 8 - 10% công nhân trong khu vực này bị nhiễm độc chì, Asen, hoặc bị bệnh bụi phổi hàng năm phải đi điều trị. Do đó, việc xử lý nước thải từ hoạt động khai thác mỏ là vô cùng cần thiết.

I.1.3.2. Công nghiệp mạ

Nước thải ngành xi mạ kim loại nói chung và mạ điện nói riêng có chứa hàm lượng cao các muối vô cơ và kim loại nặng. Tuỳ theo kim loại của lớp mạ mà nguồn ô nhiễm chính có thể là đồng, kẽm, Crom hoặc Niken và cũng tuỳ thuộc vào loại muối kim loại sử dụng mà nước thải có chứa các độc tố khác như xianua, muối sunphat, Cromat, Amonium. Trong nước thải thường có khoảng pH thay đổi rất rộng từ rất axit (pH = 2 – 3) đến rất kiềm (pH = 10 – 11). Các chất hữu cơ thường có rất ít trong nước thải xi mạ, phần đóng góp chính là các chất tạo bóng, chất hoạt động bề mặt …, nên chỉ số COD, BOD của nước thải mạ điện thường nhỏ và không thuộc đối tượng xử lý. Đối tượng xử lý chính trong nước thải mạ điện là các ion vô cơ mà đặc biệt là các muối kim loại nặng như Crom, Niken, Đồng, Xianua,…

I.1.3.3. Công nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơ

Các kim loại nặng được thải ra ở hầu hết các quá trình sản xuất các hợp chất vô cơ như quá trình sản xuất xút – Clo, HF, NiSO4, CuSO4… Trước đây

(17)

thủy ngân được thải ra với một lượng lớn trong quá trình sản xuất xút - Clo vì công nghệ sản xuất xút - Clo sử dụng điện cực là thủy ngân. Dòng nước thải từ bể điện phân có thể có nồng độ thủy ngân lên tới 35mg/l. Nồng độ Niken cao tới 390 mg/l được phát hiện trong nước từ một nhà máy sản xuất NiSO4. Khi hàm lượng kim loại nặng thải ra cao như vậy nếu không có biện pháp xử lý thích hợp, triệt để thì ô nhiễm nguồn nước là điều hoàn toàn có thể xảy ra.

I.1.3.4. Quá trình sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm

Công nghiệp sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm sử dụng hóa chất có chứa kim loại nặng Cadimium. Cadimium là kim loại có nhiều trong tự nhiên thường được sử dụng trong các Pigment để in vật liệu dệt đặc biệt là các pigment màu đỏ, vàng, màu cam, màu xanh lá cây và được sử dụng là tác nhân nhuộm màu cho vật liệu da, dệt và sản phẩm plastic.

Hiện nay, một số cơ sở sản xuất đang thải trực tiếp nước thải ra ngoài môi trường làm ô nhiễm sông ngòi, chết các sinh vật thủy sinh, ảnh hưởng đến kinh tế và sức khỏe của con người quanh khu vực phát thải. Vì vậy, việc xử lý nước thải sơn, mực , thuốc nhuộm là vô cùng cần thiết.

I.1.3.5. Công nghiệp luyện kim

Trong luyện kim, một lượng lớn hóa chất độc hại như: CN- , NH4

+, S2O3 2-

ở các xưởng, lò cao, lò khử trực tiếp được thải ra môi trường đã làm ô nhiễm nặng cho nguồn nước.

Trong những năm gần đây, có thể thấy tình trạng ô nhiễm nguồn nước ở Việt Nam đang là vấn đề cần giải quyết cấp bách trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội. Việc kiểm soát, bảo vệ các nguồn nước cũng như hệ sinh thái là việc làm có ý nghĩa chiến lược quốc gia. Vì vậy, bên cạnh các biện pháp kiểm soát ô nhiễm với những chính sách bảo vệ môi trường của Nhà nước thì việc nghiên cứu các phương pháp xử lý ô nhiễm nước hiệu quả, kinh tế là một việc làm thiết thực và có ý nghĩa.

I.1.4. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40:

2011/BTNMT)[9]

I.1.4.1. Phạm vi điều chỉnh

(18)

Quy chuẩn này quy định giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiêm trong nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn tiếp nhận.

I.1.4.2. Đối tượng áp dụng

Quy chuẩn này áp dụng đối với tổ chức, cá nhân liên quan đến hoạt động xả nước thải công nghiệp ra nguồn tiếp nhận nước thải.

Nước thải công nghiệp của một số ngành đặc thù được áp dụng theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia riêng.

Nước thải công nghiệp xả vào hệ thống thu gom của nhà máy xử lý nước thải tập trung tuân thủ theo quy định của đơn vị quản lý và vận hành nhà máy xử lý nước thải tập trung.

I.1.4.3. Giải thích thuật ngữ

Nước thải công nghiệp: là nước thải phát sinh từ quá trình công nghệ của cơ sở sản xuất, dịch vụ công nghiệp (sau đây gọi chung là cơ sở công nghiệp), từ nhà máy xử lý nước thải tập trung có đấu nối nước thải của cơ sở công nghiệp.

Nguồn tiếp nhận nước thải: là hệ thống thoát nước đô thị, khu dân cư, sông, suối, khe, rạch, kênh, mương, hồ, ao, đầm, vùng nước biển ven bờ có mục đích sử dụng xác định.

I.1.4.4. Quy định kỹ thuật

Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp được tính toán như sau:

Cmax = C. Kq. Kf

* Trong đó:

- C là giá trị của thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp

- Cmax là giá trị tối đa cho phép của thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn tiếp nhận nước thải, tính bằng mg/l

- Kq là hệ số lưu lượng/ dung tích nguồn tiếp nhận nước thải - Kf là hệ số lưu lượng nguồn thải.

* Áp dụng:

(19)

- Giá trị tối đa cho phép Cmax = C

- Không áp dụng hệ số Kq, Kf đối với các thông số: nhiệt độ, pH, mùi, màu sắc, coliform, tổng hoạt độ phóng xạ α, tổng hoạt độ phóng xạ β.

Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp được quy định tại bảng 1.1.

(20)

Bảng 1.1. Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp

TT Thông số Đơn vị Giá trị C

A B

1 Nhiệt độ 0C 40 40

2 pH - 6 - 9 5,5 - 9

3 Mùi - Không khó

chịu

Không khó chịu

4 Độ màu (Co - Pt ở pH = 7) - 20 70

5 BOD5 (200C) mg/l 30 50

6 COD mg/l 50 100

7 Chất rắn lơ lửng mg/l 50 100

8 Asen mg/l 0,05 0,1

9 Thuỷ ngân mg/l 0,005 0,01

10 Chì mg/l 0,1 0,5

11 Cadimi mg/l 0,005 0,01

12 Crom (VI) mg/l 0,05 0,1

13 Crom (III) mg/l 0,2 1

14 Đồng mg/l 2 2

15 Kẽm mg/l 3 3

16 Niken mg/l 0,2 0,5

17 Mangan mg/l 0,5 1

18 Sắt mg/l 1 5

19 Thiếc mg/l 0,2 1

20 Xianua mg/l 0,07 0,1

21 Phenol mg/l 0,1 0,5

22 Dầu mỡ khoáng mg/l 5 5

23 Dầu động thực vật mg/l 10 20

24 Clo dư mg/l 1 2

25 PCB mg/l 0,003 0,01

26 Hoá chất bảo vệ thực vật -

lân hữu cơ mg/l 0,3 1

27 Hoá chất bảo vệ thực vật - Clo hữu cơ

mg/l 0,1 0,1

28 Sunfua mg/l 0,2 0,5

29 Florua mg/l 5 10

30 Clorua mg/l 500 600

31 Amoni (tính theo Nitơ) mg/l 5 10

32 Tổng Nitơ mg/l 15 30

33 Tổng Phôtpho mg/l 4 6

34 Coliform MPN/100ml 3000 5000

35 Tổng hoạt độ phóng xạ α Bq/l 0,1 0,1

36 Tổng hoạt độ phóng xạ β Bq/l 1,0 1,0

(21)

Trong đó:

- Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.

- Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.

- Thông số Clorua không áp dụng đối với nguồn tiếp nhận là nước mặn và nước lợ.

- Hệ số Kq ứng với lưu lượng dòng chảy của nguồn tiếp nhận nước thải là sông, suối, kênh, mương, khe, rạch được quy định tại bảng dưới đây:

Bảng 1.2. Hệ số Kq của nguồn tiếp nhận nước thải là sông, suối, kênh, mương, khe, rạch

Lưu lượng dòng chảy của nguồn tiếp nhận nước thải

(Q) (m3/s) Hệ số Kq

Q ≤ 50 0,9

50 Q ≤ 200 1

200 Q ≤ 500 1,1

Q 500 1,2

Q được tính theo giá trị trung bình lưu lượng dòng chảy của sông, suối, kênh, mương, khe, rạch tiếp nhận nước thải vào 3 tháng khô kiệt nhất trong 3 năm liên tiếp (số liệu của cơ quan Khí tượng Thủy văn). Trường hợp các sông, suối, kênh, mương, khe rạch không có số liệu về lưu lượng dòng chảy thì áp dụng giá trị Kq = 0,9 hoặc Sở Tài nguyên và Môi trường nơi có nguồn thải chỉ định đơn vị có chức năng phù hợp để xác định lưu lượng trung bình của 3 tháng khô kiệt nhất trong năm làm cơ sở chọn hệ số Kq.

Hệ số Kq ứng với dung tích của nguồn tiếp nhận nước thải là hồ, ao, đầm được quy định tại bảng dưới đây:

(22)

Bảng 1.3. Hệ số Kq của hồ, ao, đầm

Dung tích nguồn tiếp nhận nước thải (V) (m3) Hệ số Kq

V ≤ 10.106 0,6

10.106 V ≤ 100.106 0,8

V 100.106 1,0

V được tính theo giá trị trung bình dung tích của hồ, ao, đầm tiếp nhận nước thải 3 tháng khô kiệt nhất trong 3 năm liên tiếp (số liệu của cơ quan Khí tượng Thủy văn). Trường hợp hồ, ao, đầm không có số liệu về dung tích thì áp dụng giá trị Kq = 0,6 hoặc Sở tài nguyên và Môi trường nơi có nguồn thải chỉ định cơ quan có chức năng phù hợp để xác định dung tích trung bình 3 tháng khô kiệt nhất trong năm làm cơ sở xác định hệ số Kq.

Đối với nguồn tiếp nhận là vùng nước biển ven bờ không dùng cho mục đích bảo vệ thủy sinh, thể thao và giải trí dưới nước thì lấy hệ số Kq = 1,3. Đối với nguồn tiếp nhận nước thải là vùng nước biển ven bờ dùng cho mục đích bảo vệ thủy sinh, thể thao và giải trí dưới nước thì lấy hệ số Kq = 1.

Hệ số lưu lượng nguồn thải Kf được quy định tại bảng 1.4.

Bảng 1.4. Hệ số lưu lượng nguồn thải Kf

Lưu lượng nguồn thải (F) (m3/24h) Hệ số Kf

F ≤ 50 1,2

50 F ≤ 500 1,1

500 F ≤ 5000 1,0

F 5000 0,9

Trường hợp nước thải được thu gom chứa trong hồ nước thải thuộc khuôn viên của cơ sở phát sinh nước thải dùng cho mục đích tưới tiêu thì nước trong hồ phải tuân thủ Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6773 : 2000 về Chất lượng nước - Chất lượng nước dùng cho thủy lợi.

I.2. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường và sức khỏe con người

(23)

I.2.1. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người và môi trường Hầu hết các kim loại nặng tồn tại trong nước ở dạng ion, phát sinh do các hoạt động của con người chủ yếu do hoạt động công nghiệp. Độc tính của kim loại nặng đối với sức khỏe con người và động vật đặc biệt nghiêm trọng do sự tồn tại lâu dài và bền vững của nó trong môi trường. Ví dụ: chì là một kim loại có khả năng tồn tại trong nước khá lâu, ước tính nó được giữ lại trong môi trường với khoảng thời gian 150 – 5000 năm và có thể duy trì ở nồng độ cao trong 150 năm sau khi bón bùn cho đất. Chu trình phân rã sinh học trung bình của Cadimium được ước tính khoảng 18 năm và khoảng 10 năm trong cơ thể con người.

Một nguyên nhân khác khiến cho kim loại nặng hết sức độc hại là do chúng có thể chuyển hóa và tích lũy trong cơ thể con người hay động vật thông qua chuỗi thức ăn của hệ sinh thái. Quá trình này bắt đầu với nồng độ thấp của các kim loại nặng tồn tại trong nước hoặc trong cặn lắng rồi sau đó được tích lũy nhanh chóng trong các loài thực vật hay động vật sống dưới nước hoặc trong cặn lắng rồi luân chuyển dần qua các mắt xích của chuỗi thức ăn và cuối cùng đến sinh vật bậc cao thì nồng độ kim loại nặng đã đủ lớn để gây ra độc hại như phân hủy AND, gây ung thư …

Các kim loại nặng ở hàm lượng nhỏ là những nguyên tố vi lượng hết sức cần thiết cho cơ thể người và sinh vật. Chúng tham gia cấu thành nên các enzym, các vitamin, đóng vai trò quan trọng trong trao đổi chất… Ví dụ như một lượng nhỏ đồng rất cần thiết cho động vật và thực vật. Người lớn mỗi ngày cần khoảng 2mg đồng (đồng là thành phần quan trọng của các enzym như oxidaza, tirozinaza, uriaza, citorom và galactoza) nhưng khi hàm lượng kim loại vượt quá ngưỡng quy định sẽ gây ra những tác động xấu như nhiễm độc mãn tính thậm chí ngộ độc cấp tính dẫn tới tử vong.

Về mặt sinh hóa, các kim loại nặng có ái lực lớn với các nhóm –SH – và nhóm – SCH3 – của các enzym trong cơ thể. Vì thế các enzym bị mất hoạt tính làm cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể.

(24)

I.2.2. Ảnh hưởng của một số kim loại nặng đến môi trường và và sức khỏe con người

I.2.2.1. Ảnh hưởng của chì [1][2][4][7]

Chì là một kim loại nặng có độc tính và cũng được sử dụng khá phổ biến trong sản xuất và tiêu dùng. Trong công nghiệp, chì được sử dụng trong ắc quy, dây cáp điện, đầu đạn và ống dẫn trong công nghiệp hóa học nhưng lượng lớn thiếc và chì được sử dụng để điều chế hợp kim quan trọng. Ngoài ra, chì hấp thụ tốt các tia phóng xạ và tia Rơnghen nên chì được sử dụng làm tấm bảo vệ khi làm việc với các tia này.

Chì gây độc hại đến cơ thể, tác động lên thần kinh, tổng hợp hemoglobin và sự chuyển hóa vitamin D. Trẻ em đặc biệt rất nhạy cảm với những độc tính này của chì do một số nguyên nhân:

- Các hoạt động từ tay đến miệng (do tiếp xúc hay ăn phải sơn và bụi chì) - Hệ thần kinh đang phát triển dễ bị tổn thương khi tiếp xúc với chì

- Tỉ lệ hấp thụ chì của trẻ em cao hơn so với người trưởng thành.

Chì là một thành phần không cần thiết của khẩu phần ăn, nó xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp, thức ăn đồ uống hàng ngày và được tích lũy trong cơ tăng dần theo thời gian. Theo tính toán liều lượng chì tối đa có thể chấp nhận hàng ngày cho người do thức ăn tạm thời quy định là 0,005mg/kg thể trọng. Bình thường, con người tiếp nhận hàng ngày từ 0,05mgPb đến 0,1mg Pb không hại từ các nguồn như: không khí, nước và thực phẩm nhiễm nhẹ chì.

Nếu tiếp nhận lâu dài 1mgPb/ngày sẽ bị nhiễm độc mãn tính, nếu như hấp thụ 1mg Pb trong một lần có thể sẽ gây tử vong.

Các hợp chất của chì đều độc đối với động vật. Mặc dù, chì không gây hại nhiều cho thực vật nhưng lượng chì tích tụ trong cây trồng sẽ chuyển qua động vật qua đường tiêu hóa. Do vậy, chì không được sử dụng làm thuốc trừ sâu. Chì

S

Me + 2H+ [Enzym]

SH H SH H

+ M2+ [Enzym]

S S

(25)

kim loại và muối sulphua của nó được coi như không gây độc do chúng không bị cơ thể hấp thụ. Tuy nhiên, các muối chì tan trong nước như PbCl2, Pb(NO3)2, Pb(CH3COO)2 rất độc. Khi xâm nhập vào cơ thể chì tập trung ở xương và tại đây chì tác tụng với Photphat trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thực hiện độc tính của nó. Ngoài ra, chì còn ngưng đọng ở gan, lá lách, thận ...chì phá hủy quá trình tổng hợp hemoglobin và các sắc tố cần thiết khác trong máu như cytochrom, cản trở sự tổng hợp nhân hemo và tích trong các tế bào hồng cầu, làm giảm thời gian sống của hồng cầu. Do đó dẫn tới thiếu máu, đau bụng ở người lớn và viêm não ở trẻ em.

Chì còn gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe do hợp chất ankyl – chì được cho vào xăng ôtô, xe máy với vai trò làm chất kích nổ mà tính độc hại cao của nó với con người gần đây mới được phát hiện vì thế trên thế giới bây giờ ngưởi ta không dùng xăng pha chì nữa.

Ngộ độc xảy ra do thức ăn có chứa hàm lượng chì tuy ít nhưng liên tục hàng ngày. Chỉ cần hàng ngày cơ thể hấp thụ 1mg Pb trở lên sau một vài năm các triệu chứng như sưng lợi, da vàng, đau khớp xương, bại liệt tay, phụ nữ dễ bị xảy thai..

Khi bị nhiễm chì trong máu với nồng độ cao hơn 800mg/l. Có thể gây ra các bệnh tổn thương về tiểu động mạch, mao dẫn đến bệnh phù, thoái hóa các nơron thần kinh… giảm chỉ số IQ ở trẻ em đang lớn.

Các thành phần của thực phẩm có khả năng làm giảm ảnh hưởng của Chì:

- Canxi: vì canxi có một vài tính chất giống chì nên trong một số trường hợp có thể cạnh tranh với chì trong sự kết hợp với một số protein của màng nhầy ruột vốn có vai trò tích cực trong hấp thụ chì, do đó làm giảm sự nhiễm độc bởi chì.

- Ion photphat cũng làm giảm ảnh hưởng của chì nhờ tính chất không hòa tan của nó.

Một số thành phẩm của chì làm tăng khả năng hấp thu chì như: vitamin D, rượu etylic, axit citric... vì vậy tốt nhất là tránh những nơi có chì ở bất kì

(26)

dạng nào trong dinh dưỡng, chú ý dùng các thực phẩm có hàm lượng chì dưới mức cho phép, có đủ Ca, Mg để hạn chế ảnh hưởng của chì.

I.2.2.2. Ảnh hưởng của Cadimium[1][2][4][7]

Cadimium là một nguyên tố rất độc đối với môi trường sống cũng như đối với con người. Nguồn ô nhiễm cadimi xuất phát từ ô nhiễm không khí khai thác mỏ, nhà máy luyện kim, hải sản. Nguồn chính của Cadimium thải vào nước là các điện cực dùng trên tàu và nước thải. Cadimium tồn tại chủ yếu ở dạng hòa tan trong nước, quá trình tích lũy nhiều trong các động vật nguyên thể như trai, ốc, sò, ngao....

Đối với các thực vật sống dưới nước, tính độc hại của Cadimium ngang với độc tính của Ni và Cr(III)...và có phần kém độc hơn so với Hg(CH3)2 và Cu.

Tất nhiên điều này còn phụ thuộc vào từng loài, từng điều kiện của sự ảnh hưởng của Cadimium. Ở hàm lượng 0,02mg/l - 1 mg/l Cadimium sẽ kìm hãm quá trình quang hợp và phát triển của thực vật. Hàm lượng cho phép của Cadimium trong nước là 5 μg/l.

Đối với con người, Cadimium có thể xâm nhập vào cơ thể bằng nhiều cách khác nhau ví dụ như tiếp xúc với bụi Cadimium, ăn uống các nguồn có sự ô nhiễm Cadimium... Cadimium thường được tích luỹ dần trong thận, gây triệu chứng độc mãn tính. Nếu để lâu có thể gây mất chức năng thận và sự mất cân bằng các thành phần khoáng trong xương. Liều lượng 30 mg cũng đủ dẫn đến tử vong. Cũng có nhiều giả thiết cho rằng Cadimium có thể thay thế Zn trong cơ thể làm giảm khả năng sản sinh tế bào.

I.2.2.3. Ảnh hưởng của kẽm[1][2][4][7]

Kẽm cũng là nguyên tố quan trọng với động và thực vật. Với thực vật khi lượng kẽm tích tụ trong đất quá cao gây ra bệnh mất diệp lục ở cây xanh. Với con người kẽm là dinh dưỡng thiết yếu. Giống như các nguyên tố vi lượng khác, trong cơ thể người kẽm thường tích tụ trong gan và thận, khoảng 2g kẽm được thận lọc mỗi ngày. Trong máu, 2/3 lượng kẽm được kết nối với Albumin và hầu hết các phần còn lại được được tạo phức chất với macroglobin. Kẽm còn có khả năng gây ung thư đột biến, gây ngộ độc hệ thần kinh, sự nhạy cảm và sự sinh

(27)

sản, gây độc đến hệ miễn dịch. Sự thiếu hụt kẽm gây ra các triệu chứng như bệnh liệt dương, teo tinh hoàn, mù màu, viêm da, bệnh về gan và một số triệu chứng khác.

I.2.2.4. Ảnh hưởng của Đồng[1][2][4][7]

Do nước thải công nghiệp thường chứa lượng khá lớn các ion kim loại nặng. Sự ô nhiễm nguồn nước bởi các kim loại nặng như đồng sẽ gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và gây hại đến sức khoẻ con người.

* Vai trò sinh học của đồng và hợp chất của đồng

Đồng là một nguyên tố rất đặc biệt về mặt sinh vật học. Có lẽ nó là chất xúc tác của những quá trình oxi hoá nội bào. Người ta đã nhận xét rằng, rất nhiều cây muốn phát triển bình thường đều cần phải có một ít đồng và nếu dùng những hợp chất của đồng để bón cho đất (đặc biệt là đất bùn lầy) thì thu hoạch thường tăng lên rất cao. Các cơ thể thực vật có độ bền rất khác nhau đối với lượng đồng dư.

Đối với thực vật thì đồng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và phát triển sản lượng của cây. Đồng có tác dụng kích thích các loại men, tạo điều kiện cho cây sử dụng protein và hình thành clorofin. Thiếu đồng thì cây không phát triển được. Đồng có tác dụng giúp cây chống hạn, chịu rét, làm tăng khả năng giữ nước của mô, bảo vệ diệp lục khỏi bị phá huỷ đồng thời còn có tác dụng làm tăng quang hợp.

Đồng không những ảnh hưởng đến quá trình phát triển của thực vật mà còn có tầm quan trọng đối với hoạt động sống của động vật và con người.

Nguồn các nguyên tố vi lượng trong cơ thể con người thường xuyên được bổ sung từ rau, quả, các loại lương thực thực phẩm có trong thức ăn hàng ngày.

Trong thành phần các loại lương thực thực phẩm, sự có mặt của các nguyên tố vi lượng, đặc biệt là các kim loại nặng trong đó có đồng với hàm lượng không thích hợp sẽ gây ra ảnh hưởng tiêu cực đối với con người.

Thiếu hoặc mất cân bằng nguyên tố kim loại vi lượng trong các bộ phận cơ thể như máu, huyết thanh, tóc, gan, mật… là nguyên nhân hay triệu trứng của ốm đau, bệnh tật hoặc suy dinh dưỡng. Hàm lượng đồng trong toàn bộ cơ thể

(28)

xấp xỉ 0,1g và nhu cầu hằng ngày của một người đàn ông có sức khỏe trung bình là 2mg.

* Tính chất và sự phân bố của đồng trong môi trường

Đồng là kim loại được biết đến từ thời kỳ tiền sử và được thừa nhận là một trong những kim loại hữu ích cho con người. Đồng có hàm lượng khoảng 0,007% khối lượng vỏ trái đất. Đồng cũng là một kim loại có màu vàng ánh đỏ, có độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt cao (so với kim loại nguyên chất ở nhiệt độ phòng chỉ có bạc có độ dẫn nhiệt cao hơn). Đồng có lẽ là kim loại được con người sử dụng sớm nhất do các đồ đồng có niên đại khoảng năm 8700 trước công nguyên đã được tìm thấy. Ngoài việc tìm thấy đồng trong các loại quặng khác nhau, người ta còn thấy đồng ở dạng kim loại ở một số nơi.

Trong tự nhiên đồng tồn tại dưới dạng khoáng vật sunfua hay dạng oxy hóa (oxit, cacbonat) đôi khi ở dạng kim loại. Trong đất hàm lượng đồng có giá trị từ 2 - 100 mg/kg, tại một số vùng đất trồng nho và cà chua do sử dụng chất bảo vệ thực vật hàm lượng đồng trong đất có thể đạt 600 mg/kg.

Khoảng 50% lượng đồng dùng trong công nghiệp điện, điện tử và khoảng 40% dùng để chế tạo hợp kim. Một số hợp chất của đồng được dùng để làm chất màu trang trí, chất liệu trừ nấm mốc, làm xúc tác.

Trong nước sinh hoạt đồng có nguồn gốc từ đường ống dẫn thiết bị nội thất, nồng độ của nó có thể đạt tới vài mg/l nếu nước tiếp xúc lâu với các thiết bị đồng.

Trong tự nhiên, đồng tồn tại ở hai trạng thái hóa trị +1 và +2 thường với nồng độ vài mg/l, trong nước biển 1- 5 mg/l. Đồng tích tụ trong các hạt sa lắng và phân bố lại vào môi trường nước ở dạng phức chất với các hợp chất hữu cơ tự nhiên tồn tại trong nước.

Đồng là nguyên tố cần thiết cho các loài động thực vật bậc cao. Đồng được tìm thấy trong một số loại enzym, bao gồm nhân đồng của cytochrom oxidas, enzym chứa Cu – Zn superoxid dismutas và nó là kim loại trung tâm của chất chuyên chở oxy hemocyanin. Đồng được vận chuyển chủ yếu trong máu bởi

(29)

protein trong huyết tương là ceruloplasmin. Đồng được hấp thụ trong ruột non và được vận chuyển tới gan bằng liên kết với albumin.

* Độc tính của đồng

Ở trẻ sơ sinh và đang bú mẹ, thiếu đồng dẫn đến thiếu máu nặng và thiếu bạch cầu trung tính. Ở trẻ em mắc bệnh suy nhược nhiệt đới gọi là Kawashiskor thì biểu hiện thiếu đồng là mất sắc tố ở lông tóc. Qua phân tích người ta thấy ở những trẻ mất khả năng đọc và đánh vần hoặc đọc và đánh vần khó nhọc thì hàm lượng đồng và magie trong tóc cao hơn nhiều so với các trẻ bình thường.

Nếu hàm lượng đồng trong tóc tăng quá giới hạn thì bệnh kéo theo bao gồm cả thiếu máu, viêm gan, viêm tuyến giáp trạng và suy thận. Nếu ở mô não, nồng độ đồng tăng và nồng độ kẽm giảm thì sẽ xuất hiện chứng sớm mất trí.

Trong số các đồ ăn thì sữa và men có chứa nhiều đồng nhất. Một điều đáng chú ý là trong máu nguời mẹ có thai, người ta thấy lượng đồng tăng gấp đôi so với lúc bình thường.

Vì vậy, xác định chính xác hàm lượng nguyên tố đồng trong các thực phẩm và trong cơ thể người bình thường để xây dựng các chỉ tiêu sinh học và dinh dưỡng là vô cùng cần thiết để chăm sóc và bảo vệ cộng đồng.

I.3. Một số phương pháp xác định kim loại nặng trong nước I.3.1. Phương pháp phân tích trắc quang[3]

Phương pháp trắc quang là phương pháp phân tích được sử dụng phổ biến nhất trong các phương pháp phân tích hóa lý. Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích trắc quang là muốn xác định một cấu tử X nào đó ta chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp phụ ánh sáng rồi đo sự hấp phụ ánh sáng của nó và suy ra hàm lượng chất cần xác định X.

Cơ sở của phương pháp là định luật hấp phụ ánh sáng Bouguer – Lambert - Beer. Biểu thức của định luật:

It = I0. e-kI Trong đó:

I: Chiều dày hấp phụ.

(30)

k: hệ số tắt, hệ số này chỉ phụ thuộc vào bản chất chất tan và bước sóng ánh sáng chiếu vào dung dịch. Vì vậy phổ hấp phụ cũng là đặc trưng điển hình của các hợp chất màu.

I.3.2. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử [3][6]

Nguyên tắc: Khi các nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí và trên mức năng lượng cơ bản, nếu chiếu vào đám hơi đó một chùm sáng chứa các tia phát xạ đặc trưng của nguyên tử đó thì nó sẽ hấp thụ nguyên tử của kim loại đó. Trong những điều kiện nhất định tồn tại một mối quan hệ giữa cường độ của vạch hấp thụ và nồng độ của nguyên tố trong mẫu theo biểu thức sau:

I = K. Cb Trong đó:

I: Cường độ vạch hấp thụ nguyên tử K: Hằng số thực nghiệm

C: Nồng độ của nguyên tố cần phân tích mẫu b: Hằng số nằm trong vùng giá trị 0 < b 1

Với mỗi vạch phổ hấp thụ luôn tìm thấy được một nồng độ C0 của nguyên tố phân tích. Nếu:

Cx < C0 thì luôn có b = 1

Cx > C0 thì luôn có b < 1 thì quan hệ giữa I và C là tuyến tính. Còn b ≠ 1 thì quan hệ không tuyến tính.

Công thức nêu trên là phương trình cơ sở của phép đo định lượng xác định kim loại theo phổ hấp thụ nguyên tử của chúng.

I.3.3. Phương pháp phân tích cực phổ[3]

Nguyên tắc: Phương pháp này dựa vào việc phân cực nồng độ sinh ra trong quá trình điện phân trên điện cực có bề mặt nhỏ. Dựa vào đường cong có sự phụ thuộc của cường độ dòng biến đổi trong quá trình điện phân với thế đặt vào, có thể xác định định tính và định lượng chất cần phân tích với độ chính xác cao.

(31)

Để đảm bảo có độ chính xác cao người ta thường dùng catot với giọt thủy ngân. Cường độ dòng khuếch tán phụ thuộc vào nồng độ được biểu diễn theo phương trình Incivich:

I = 0,627. n . F. D1/2 . m2/3 . t1/6 . C Trong đó:

I: Cường độ dòng điện

n: Số electron mà ion nhận khi bị khử F: Hằng số Faraday

D: Hệ số khuếch tán của ion

m: Khối lượng thủy ngân chảy trong mao quản trong 1s t: Chu kỳ rơi giọt thủy ngân

C: Nồng độ ion cần xác định

I.4. Các phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng I.4.1. Phương pháp kết tủa

Phương pháp này dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đưa vào nước thải với kim loại cần tách, ở độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách ra khỏi nước thải bằng phương pháp lắng.

Phương pháp thường được dùng là kết tủa kim loại dưới dạng hydroxit bằng cách trung hoà đơn giản các chất thải axit. Độ pH kết tủa cực đại của tất cả các kim loại không trùng nhau, ta tìm một vùng pH tối ưu, giá trị từ 7 – 10,5 tuỳ theo giá trị cực tiểu cần tìm để loại bỏ kim loại mà không gây độc hại.

I.4.2. Phương pháp trao đổi ion

Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi Ion dùng ionit là nhựa hữu cơ tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm chức trao đổi Ion. Quá trình trao đổi Ion được tiến hành trong cột Cationit và Anionit. Các vật liệu nhựa này có thể thay thế được mà không làm thay đổi tính chất vật lý của các chất trong dung dịch và cũng không làm biến mất hoặc hoà tan. Các Ion dương hay âm cố định trên các gốc này đẩy Ion cùng dấu có trong dung dịch thay đổi số lượng tải toàn bộ có trong chất lỏng trước khi trao đổi. Đối với xử lý kim loại hoà tan trong nước thường dùng cơ chế phản ứng thuận nghịch:

(32)

RmB + mA m RA + B

Phương pháp trao đổi Ion có ưu điểm là tiến hành ở qui mô lớn và với nhiều loại kim loại khác nhau. Tuy nhiên phương pháp này tốn nhiều thời gian, tiến hành khá phức tạp do phải hoàn nguyên vật liệu trao đổi, hiệu quả cũng không cao.

I.4.3. Phương pháp điện hóa [3]

Tách kim loại bằng cách nhúng các điện cực trong nước thải có chứa kim loại nặng cho dòng điện 1 chiều chạy qua. Bằng phương pháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi nước thải, không bổ sung thêm hóa chất, nhưng lại thích hợp với nước thải có nồng độ kim loại cao (trên 1g/l) chi phí dành cho điện năng là khá lớn.

I.4.4. Phương pháp oxy hóa khử

Đây là một phương pháp thông dụng để xử lý nước thải có chứa kim loại nặng khi mà phương pháp vi sinh không thể xử lý được. Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên sự chuyển từ dạng này sang dạng khác bằng sự có thêm electron (khử) và mất electron (oxy hoá) một cặp được tạo bởi sự cho nhận electron được gọi là hệ thống oxy hoá - khử.

I.4.5. Phương pháp sinh học

Một số loài thực vật, vi sinh vật trong nước sử dụng kim loại như chất vi lượng trong quá trình phát triển sinh khối như bèo tây, bèo tổ ong, tảo … Với phương pháp này, nước thải có nồng độkim loại nặng nhỏ hơn 60 mg/l và bổ sung đủ chất dinh dưỡng (nitơ, photpho), các nguyên tố vi lượng cần thiết khác cho sự phát triển của các loài thực vật như rong tảo. Phương pháp này cần diện tích lớn và nếu nước thải có lẫn nhiều kim loại thì hiệu quả xử lý kém.

I.4.6. Phương pháp hấp phụ [8]

I.4.6.1. Khái niệm

Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng). Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất hấp phụ; còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ.

(33)

Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó.

Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất hấp phụ.

Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.

Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực VanderWaals giữa các phần tử bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu, dễ vỡ.

Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấp phụ và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này bền khó bị phá vỡ.

Trong thực tế, sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ ràng. Một số trường hợp tồn tại cả quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.

Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ.

Giải hấp dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ. Giải hấp phụ là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ để có thể tiếp tục sử dụng lại nên nó mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế.

Cân bằng hấp phụ: Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang. Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng.

Dung lượng hấp phụ cân bằng: là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt độ

Tải trọng hấp phụ bão hòa: là tải trọng nằm ở trạng thái cân bằng dưới các điều kiện của hỗn hợp khí, hơi bão hòa.

(34)

Trong đó:

V: Thể tích dung dịch (l)

m: khối lượng chất hấp phụ (g)

Ci: Nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l)

Cf : Nồng độ dung dịch khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l) I.4.6.2. Động học của quá trình hấp phụ.

Quá trình hấp phụ từ pha lỏng trên bề mặt của chất hấp phụ gồm 3 giai đoạn:

- Chuyển chất từ pha lỏng đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ - Khuếch tán vào các mao quản của hạt

- Hấp phụ: các phần tử bị hấp phụ chiếm chỗ các trung tâm hấp phụ I.4.6.3. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ

* Mô hình động học hấp phụ

Sự tích tụ chất bị hấp phụ trên bề mặt vật rắn gồm 2 quá trình: khuếch tán các phần tử chất bị hấp phụ từ pha mang đến bề mặt vật rắn và khuếch tán vào trong lỗ xốp. Như vậy lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt vật rắn sẽ phụ thuộc vào hai quá trình khuếch tán. Tải trọng hấp phụ sẽ thay đổi theo thời gian cho đến khi quá trình hấp phụ đạt cân bằng.

Gọi tốc độ hấp phụ là biến thiên độ hấp phụ theo thời gian ta có:

Khi tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời gian thì:

Trong đó:

β: Hệ số chuyển khối

Ci: Nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm ban đầu Cf: Nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm t

k: Hằng số tốc độ hấp phụ

(35)

q: tải trọng hấp phụ tại thời điểm t qmax :tải trọng hấp phụ cực đại

* Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt

Đường đẳng nhiệt hấp phụ là đường mô tả sự phụ thuộc giữa tải trọng hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng của chất hấp phụ trong dung dịch hay áp suất riêng phần trong pha khí tại thời điểm đó. Các đường đẳng nhiệt hấp phụ có thể xây dựng tại một nhiệt độ nào đó bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ. Sau một thời gian, xác định nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch

Lượng chất bị hấp phụ được tính theo công thức:

m = (Ci – Cf ) .V Trong đó:

m: khối lượng chất bị hấp phụ

Ci: Nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l)

Cf : Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l) V: Thể tích dung dịch (ml)

a, Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Mô tả quá trình hấp phụ một lớp đơn phân tử trên bề mặt vật rắn. Phương trình Langmuir được thiết lập trên các giả thiết sau:

- Các phần tử chất hấp phụ đơn lớp trên bề mặt chất hấp phụ - Sự hấp phụ là chọn lọc

- Các phần tử chất hấp phụ độc lập, không tương tác qua lại với nhau.

- Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về mặt năng lượng tức là sự hấp phụ xảy ra trên bất kỳ chỗ nào thì nhiệt độ hấp phụ cũng là một giá trị không thay đổi trên bề mặt chất hấp phụ, không có các trung tâm hoạt động.

- Giữa các phân tử trên lớp bề mặt và bên trong lớp thể tích có cân bằng động học tức là ở trạng thái cân bằng tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp.

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:

(36)

Trong đó:

Cf: Nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm t q: Tải trọng hấp phụ tại thời điểm t

qmax: Tải trọng hấp phụ cực đại

b: Hằng số chỉ ra ái lực của vị trí liên kết trên bề mặt chất hấp phụ (l/mg)

- Khi b . Cf << 1 thì q = q max . b . Cf

Mô tả vùng hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt biểu diễn là một đoạn cong.

Hình 1.1. Phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir - Để xác định các hằng số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt có thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách đưa phương trình trên về phương trình đường thẳng.

Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc Cf/q vào Cf sẽ xác định được các hằng số trong phương trình: b, q max.

q(mg/g)

qmax

O Cf

(37)

Hình 1.2. Sự phụ thuộc của Cf /q vào Cf

Khi đó:

b. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

Đây là phương trình thực nghiệm có thể sử dụng mô tả nhiều hệ hấp phụ hóa học hay vật lý. Phương trình này được biểu diễn bằng một hàm mũ:

q = k . C 1/n Trong đó:

k: Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác.

n: Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1

Phương trình Freundlich khá sát thực số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu và vùng giữa của vùng hấp phụ đẳng nhiệt.

tgα Cf/q

A

O Cf

(38)

Hình 1.3. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

Để xác định các hằng số đưa phương trình trên về dạng đường thẳng dạng:

Xây dựng đồ thị phụ thuộc lgq vào lgCf sẽ xác định được các giá trị k, n.

Hình 1.4. Sự phụ thuộc lgq vào lgCf

Khi đó: tg β = 1/n

OB = lgk O

q(mg/g)

Cf(mg/l)

tgβ

O lg Cf

lgq

B

Tài liệu tham khảo

Tài liệu liên quan

Tiến hành thu thập hình ảnh, thông tin về một số sản phẩm của công nghệ vi sinh vật phổ biến và nổi bật như rượu, bia, sữa chua, chất kháng sinh, vaccine,… qua thực

Trả lời câu hỏi 1 mục “Dừng lại và suy ngẫm” trang 121 SGK Sinh học 10 - Kết nối tri thức với cuộc sống: Làm thế nào có thể phân loại được các vi sinh vật trong

Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) được sử dụng để tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Congo Red (CR): nồng độ dung dịch CR, pH dung dịch và thời

¾Quaù trình xöû lyù kî khí hoaëc hieáu khí thöôøng ñöôïc söû duïng nhö ao sinh hoïc, loïc nhoû gioït, buøn hoaït tính, beå tieáp xuùc sinh hoïc quay vaø phaân huûy

Do vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi tiến hành phân tích các thông số nhiệt động đặc trưng cho khả năng tương tác giữa phân tử chất hữu cơ và bề mặt kim

Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến sự giải hấp Cr(VI) trên than thân sen Các kết quả thực nghiệm cho thấy dùng dung dịch HCl để giải hấp thu hồi Cr(VI) cho hiệu quả

Bài báo này trình bày các kết quả chế tạo than từ bã đậu nành bằng phương pháp than hóa và khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của than chế

Nghiên cứu sự phát triển của trứng giun đũa Ascaridia galli trong môi trường nước cất Tiến hành mổ giun cái trưởng thành, thu thập trứng nuôi cấy trong môi trường nước cất ở